Centro Lithium I+D+i se prepara para implementar línea de ensamblaje de baterías cilíndricas

A partir de este año se desarrollarán dispositivos para obtener los parámetros claves que permitirán escalar a baterías de mayor capacidad. Estas tecnologías se desarrollan en el Laboratorio de Electroquímica del Departamento de Química.

Tras la fabricación de baterías de litio tipo botón en julio de 2023, Lithium I+D+i: Centro de Investigación, Desarrollo e Innovación en Baterías de Litio de la Universidad Católica del Norte (UCN) avanza hoy en materia de investigación y anuncia el desarrollo de nuevos materiales catódicos y anódicos, además de la implementación de una línea de ensamblaje de baterías cilíndricas en Antofagasta.

El desarrollo de estas tecnologías tiene lugar en el Laboratorio de Electroquímica del Departamento de Química de la UCN, bajo el marco de la iniciativa y cuyo propósito es impulsar la investigación científica y la innovación tecnológica en toda la cadena de valor de las baterías de litio.

En este sentido, el Dr. Alifhers Mestra, investigador postdoctoral de Materiales y Celdas de Baterías de Lithium I+D+i de UCN, sostiene que “los materiales obtenidos presentan capacidades elevadas y comparables a las de las baterías de venta comercial. Esto permitiría desarrollar baterías con nuevos materiales prometedores, utilizando cátodos y ánodos fabricados al 100 % en el laboratorio de Nuevos Materiales y Celdas de Baterías de la UCN. A corto plazo, la meta es ampliar el diseño de baterías más allá del formato tipo botón (CR2032) hasta las cilíndricas (18650) y, posteriormente, escalar a la fabricación de módulos con estos materiales prometedores. Estamos adquiriendo conocimiento clave y la infraestructura necesaria para la fabricación de estos dispositivos en 2025”.

LABORATORIO

El Laboratorio de Nuevos Materiales y Celdas de Baterías de Lithium I+D+i de UCN se dedica al estudio y desarrollo de materiales para sistemas de almacenamiento de energía secundaria, principalmente baterías de ion-litio y supercondensadores de ion-litio. En el caso de las baterías de ion-litio, el equipo de investigación trabaja en la síntesis de materiales para ánodos, cátodos y electrolitos sólidos.

Entre los materiales catódicos investigados destacan los óxidos de metales de transición como hierro, níquel, manganeso y molibdeno, entre otros, en configuraciones de óxidos ternarios y de alta entropía ricos en litio, con estructuras tridimensionales y laminares. A la fecha, se han diseñado y caracterizado prototipos a nivel estructural, morfológico y electroquímico, alcanzando capacidades reversibles del orden de 160 mAh·g−1, valores comparables a los obtenidos con materiales comerciales como el LiFePO4.

Los materiales utilizados se obtienen a partir de precursores basados en molibdeno, hierro, níquel y manganeso. Estos, pueden emplearse en dispositivos de almacenamiento de energía, desde aplicaciones de baja potencia, como relojes de pared, balanzas de peso y controles remotos en el caso de las baterías tipo CR2032, hasta aplicaciones de mayor demanda energética, como carros de control remoto y patinetas eléctricas (scooter) a nivel de módulo en el caso de las baterías cilíndricas 18650.

El desarrollo de baterías cilíndricas de alta capacidad y su posterior escalamiento a nivel de módulo representaría una gran oportunidad para posicionar a la UCN como la primera institución -en la región y el país- en fabricar dispositivos eficientes con materiales 100 % desarrollados en Chile. Además, estos materiales son abundantes, económicos y no tóxicos, lo que se alinea con la agenda nacional del gobierno y la Ley REP, promoviendo así una industria más sustentable e innovadora en el ámbito del almacenamiento de energía.

El laboratorio también está comprometido con la transición energética y la economía circular. En este sentido, investiga el uso de carbonos derivados de biomasa que provienen de desechos domiciliarios de tipo orgánico, para su aplicación en ánodos de baterías recargables.

En el ámbito de los electrolitos sólidos, el Dr. Jonathan Cisterna, Líder del área de Nuevos Materiales y Celdas de Baterías del Centro Lithium I+D+i de UCN y académico del Departamento de Química, destaca que “el laboratorio ha logrado combinar lo mejor de los sistemas inorgánicos y metal-orgánicos, diseñando electrolitos con alta conductividad iónica. En este sentido, hoy se desarrollan materiales para electrolitos sólidos con híbridos orgánicos-inorgánicos que permitirán resolver algunos problemas relacionados con esta potencial tecnología, que se postula como tecnología para las baterías de próxima generación, donde la electromovilidad está sonando muy fuerte dentro de sus aplicaciones".

Actualmente, el equipo de investigación del Área de Nuevos Materiales y Celdas de Batería lo integran seis estudiantes de maestría, siete académicos y un investigador postdoctoral, además de contar con colaboraciones nacionales e internacionales y alianzas estratégicas con instituciones como Fraunhofer y el Instituto Tecnológico de la Energía (ITE) de Valencia, España, fortaleciendo el desarrollo de materiales que impacten en tecnologías innovadoras en almacenamiento de energía.